Polyisocyanidepeptides vormen een ‘wondergel’ die water in zijn poriën opsluit. De veelbelovende eigenschappen maken hem interessant als pleister.

Voeg slechts 0,1 % polyisocyanidepeptides toe en water verandert in een gel, mits de temperatuur hoog genoeg is. Daalt de temperatuur onder de grenswaarde, dan vervloeit de gel tot een waterige oplossing. Die ontdekking komt uit de koker van de onderzoeksgroep van chemici Alan Rowan en Paul Kouwer van de Radboud Universiteit in Nijmegen. Kouwer: ‘Wanneer isocyanides polymeriseren, vormen ze vanzelf een kinetisch instabiele helixstructuur. Om het molecuul te stabiliseren, koppelen we alanine dipeptides aan het monomeer. Waterstofbruggen tussen de peptides zorgen voor een stabiele structuur.’

Nanoporiën

Postdoc Matthieu Koepf maakte de polymeren wateroplosbaar door ethyleenglycolgroepen aan de peptides te hangen. Opgelost in water krijgt het polymeer een onverwachte eigenschap, een entropische faseovergang waarbij het een gel vormt. Kouwer: ‘Als de temperatuur en daarmee de entropie van het water hoog genoeg zijn, is het voor het hydrofiele ethyleenglycol energetisch gunstiger om water af te stoten. Het nu hydrofobe polyethyleenglycol drukt afzonderlijke polyisocyanidepeptideketens tegen elkaar aan. Ze vormen kluwen van polymeerbundels met 50 tot 100 nm grote poriën die door capillaire werking water opzuigen en de oplossing in een gel veranderen.’ (zie afbeelding hieronder, red.)

‘Gaasverband pijnlijk uit de wond trekken hoeft niet meer’

De bijzondere gelvormende eigenschappen maken het materiaal interessant als spraypleister. Kouwer: ‘Samen met de brandwondenstichting en start-up Secmatix ontwikkelen we een spray die je over brandwonden kunt spuiten. De huid is warm genoeg om de spray onmiddellijk te laten geleren. De poriën in de gel laten water en voedingsstoffen door, maar bacteriën niet. Koud water keert het geleerproces om en spoelt de gel van de huid. Gaasverband pijnlijk uit de wond trekken is niet meer nodig.’

De marktintroductie vergt nog enkele wetenschappelijke hordes. ‘We doen nu toxicologisch onderzoek. Uit de voorlopige resultaten blijkt dat het materiaal biocompatibel is en in het lichaam langzaam afbreekt tot ongevaarlijke componenten. Uit proefdieronderzoek blijkt dat cellen in de gel groeien terwijl ze hun eigen cellulaire matrix vormen, zodat de wond daadwerkelijk geneest.’ De Nijmeegse groep kreeg een ZonMw subsidie van € 2 miljoen voor dit werk en daarnaast een STW-subsidie van € 350.000 om de gel toe te passen bij de genezing van tandvleesproblemen.

Groeimatrix

In recent onderzoek laten Kouwer en zijn collega’s zien dat ze de mechanische eigenschappen van de gel kunnen aanpassen door te spelen met temperatuur, concentratie en lengte van de polymeermoleculen. ‘Door de lengte te variëren, veranderen de niet-lineaire mechanische eigenschappen van de gel. De gel wordt stijver naarmate je er harder aan trekt. Dit is te vergelijken met een elastiekje: naarmate je er harder aan trekt, wordt het stijver en moet je meer kracht zetten om het verder uit te rekken.’ Door alleen die niet-lineaire eigenschappen te variëren, lukt het de onderzoeksgroep om stamcellen die in de gel groeien te veranderen in botcellen.

Polyisocyanidepeptides blijken voer voor theoretici. ‘Het polymeer heeft mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met lichaamseigen structurele eiwitpolymeren als collageen, actine en fibrine. Ons synthetisch polymeer is echter chemisch makkelijk te modificeren en daarmee een testobject om de bestaande theorie over mechanische eigenschappen van structurele eiwitpolymeren te verbeteren’, zegt Kouwer. De verfijnde theorie opent de weg voor de doelgerichte ontwikkeling van eenvoudigere polymeren met vergelijkbare eigenschappen. Meer supergels liggen wellicht in het verschiet.